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Tema 10: INTRODUCCIÓN A LA ESTRUCTURA DE
LOS BIOMATERIALES
Bibliogra)a recomendada
• ANUSAVICE K.J. “Phillips. Ciencia de los Materiales Dentales”. Ed. ELSEVIER. 11ª ed. 2004
• TOLEDANO M. ”Arte y ciencia de los Materiales Odontológicos”. Ediciones AVANCES. 2003
• VEGA DEL BARRIO. ”Materiales en Odontología. Fundamentos Biológicos, clínicos, bioTsicos y Tsico-‐químicos”. Ed. AVANCES
TEMA 10: Caracterís<cas Estructurales de un Material
Odontológico
• 1.-‐ GENERALIDADES • 2.-‐ UNIONES INTERATÓMICAS • 3.-‐ DISTANCIA INTERATÓMICA • 4.-‐ ENERGÍA TÉRMICA • 5.-‐ SÓLIDO CRISTALINO • 6.-‐ SÓLIDO AMORFO • 7.-‐ DEFECTOS ESTRUCTURALES DE LOS SÓLIDOS • 8.-‐ LÍQUIDOS
1-‐GENERALIDADES
• Concepto de VALENCIA • Concepto de ENLACE • Concepto de COHESIÓN
1-‐GENERALIDADES
• VALENCIA – (La<n: valen<a: valor, capacidad) Poder de combinación determinado que poseen los átomos de un biomaterial. • Se considera univalente al Hidrógeno y serán considerados bivalentes o trivalentes a los átomos que sean capaces de combinarse con dos o tres átomos de hidrógeno
• ENLACE – Naturaleza de las fuerzas que unen los átomos
• COHESIÓN – Fuerza de atracción que man]ene unido los átomos
2-‐UNIONES INTERATOMICAS
• PRIMARIAS • SECUNDARIAS • QUELACION
2-‐UNIONES INTERATOMICAS
• PRIMARIAS – IÓNICAS – COVALENTES – METÁLICAS – COMBINADAS
• SECUNDARIAS • QUELACION
UNIONES IÓNICAS
• = Heteropolar • Se fundamenta en el hecho de que un átomo puede ser inducido a perder o ganar electrones, cons]tuyéndose en un ión nega]vo o posi]vo. – Ej: El cloruro de sodio: Na+Cl−
• Producidas por la atracción entre iones de dis]nta carga. • Son fuertes ( 100-‐200 Kcal/mol ).
UNIONES IÓNICAS
• Propiedades: – Temperatura de fusión alta. – Resistencia mecánica. – Aislantes (sólidos). – Conductores (disueltos).
• Ejemplo: Yesos, cementos de fosfato
UNIONES COVALENTES
• = Homopolar • Formadas al compar]r electrones entre dos átomos para completar su capa externa.
• Este ]po de enlace adquiere una determinada orientación espacial
• Se encuentra principalmente entre átomos no metálicos: carbono, oxígeno, nitrógeno, flúor, cloro
• Son fuertes ( 200-‐400 Kcal/mol ).
UNIONES COVALENTES
• Propiedades: – Altamente direccionales, forman cadenas . – Malos conductores de calor y electricidad (aislantes)
– De importancia en polímeros. • Ejemplo: Resinas dentales
UNIONES METÁLICAS
• Atracción entre los núcleos posi]vos y la nube de electrones nega]vos.
• Fuerte ( 100 Kcal/mol ). • Propiedades: – Alta conducción térmica y eléctrica. – Capacidad de deformación plás]ca – Opacos. – Produce cristalización en los metales.
• Ejemplo: Oro.
UNIONES COMBINADAS
• Iónica + covalente: – La magnitud correspondiente a cada una de las fuerzas de unión depende de la electronega]vidad.
– Ejemplos: • Electronega]vidades muy dispares > iónico: ClNa. • Electronega]vidades similares > covalente: F2. • Electronega]vidades intermedias > iónico=covalente: SO4Ca.
• Metálica + iónica: – Ejemplo: Amalgama dental.
2-‐UNIONES INTERATOMICAS
• PRIMARIAS • SECUNDARIAS • QUELACION
UNIONES SECUNDARIAS
• Fuerzas de Van der Waals y puentes de Hidrógeno.
• Débiles: < 10 Kcal/mol. • Propiedades: – Débiles. – De importancia en ceras y algunos polímeros. – De importancia en fenómenos de mojado y adhesión.
2-‐UNIONES INTERATOMICAS
• PRIMARIAS • SECUNDARIAS • QUELACIÓN
QUELACIÓN
• Quelato: Compuesto químico orgánico que posee uniones primarias o secundarias que se proyectan desde dos si]os de la molécula a un ión metálico único.
• Ejemplos: – quelación del Zinc en el cemento de policarboxilato, – quelación del Ca de la den]na
CO2
Zn CO2 Policarboxilato de zinc
Ca+ Ca+ Ca+ _ _ _ Grupo fosfórico(P)
Dim
etacrilatos D
imetacrilatos
Dim
etacrilatos
Quelación calcio de la dentina
dentina
3-‐ DISTANCIA INTERATÓMICA
• = DISTANCIA DE ENLACE • Distancia entre el centro de un átomo y el centro de otro átomo que evita que los átomos o las moléculas se acerquen demasiado
• Se consigue al exis]r un equilibrio entre las fuerzas de repulsión y de atracción de los átomos
4-‐ENERGÍA TÉRMICA
• La ENERGÍA TÉRMICA de los átomos está determinada por la energía ciné]ca de los átomos, que vibran constantemente a temperaturas mayores de cero
• El aumento de la vibración y de la amplitud de la vibración de los átomos al aumentar la temperatura da lugar a la EXPANSIÓN TÉRMICA
• Si la temperatura sigue subiendo se producirá un CAMBIO DE ESTADO
SÓLIDOS
5-‐SÓLIDO CRISTALINO
• Material sólido cuyos átomos se distribuyen de forma regular, a modo de red ( red cristalina ), cuyas unidades más pequeñas se denominan CRISTAL. Hay 14 ^pos o formas posibles de estructura cristalina siendo la más frecuente en Odontología la estructura CÚBICA.
TIPOS DE REDES CRISTALINAS ( de interés odontológico )
• CUBICA A CUERPO CENTRADO: – HIERRO α<910ºC – CROMO – MOLIBDENO – TUNGSTENO
• CUBICA A CARA CENTRADA: – ORO, PLATA, PLATINO,PALADIO. – HIERRO γ>910ºC – COBRE, NIQUEL, COBALTO β.
• HEXAGONAL COMPACTA: – ZINC – MAGNESIO
BIOMATERIALES ODONTOLÓGICOS CRISTALINOS
• METALES – Metales colados, metales forjados, amalgamas dentales, láminas de oro
• CERÁMICAS – Cerámicas de óxido de aluminio y zirconio – Núcleos cristalinos de otras porcelanas dentales
PROPIEDADES DE UN SÓLIDO CRISTALINO
• Opacidad • Alto Coeficiente de expansión térmica • Radiopacidad • Mayor Resistencia mecánica
6-‐SÓLIDO AMORFO
• También considerado como “Sólido No cristalino”, es aquel que presenta una disposición al azar de sus átomos, sin forma regular. Es propia de gases, líquidos y algunos sólidos ( polímeros, vidrios,...). Son ejemplos de biomateriales amorfos de uso en Odontología: ceras , matriz de resina de los composites..
PROPIEDADES DE LOS SÓLIDOS AMORFOS
• No ]enen una temperatura de fusión definida, sino que se ablandan gradualmente a medida que sube la temperatura
• La temperatura a la que los átomos adquieren un aumento brusco en la movilidad, sin llegar a cambiar de estado, se le conoce con el nombre de TEMPERATURA DE TRANSICIÓN DEL VIDRIO
EJEMPLOS DE SÓLIDOS AMORFOS
• BIOLÓGICOS – Hueso, carulago
• NO BIOLÓGICOS – Vidrio, caucho, hidrocoloides
SÓLIDOS CRISTALINOS + AMORFOS
• Son materiales que se encuentran en la Naturaleza de las dos formas.
• Un ejemplo es el SÍLICE o dioxido de silicio ( SiO2)que se encuentra bien formando cristales de cuarzo o bien en estado de vidrio
• Los materiales en estado cristalino son tan estables que nunca pueden hacer una transición a un estado amorfo
• Los materiales en estado amorfo o no cristalino pueden llegar a organizar sus átomos hasta conseguir ser cristalinos. – Ej: cristalización espontánea del vidrio a altas temperaturas con la
perdida de su transpariencia= Fenómeno de DESVITRIFICACIÓN
7-‐DEFECTOS ESTRUCTURALES DE LOS SÓLIDOS
• DEFECTOS EN LOS CRISTALES • BURBUJAS Y POROSIDADES • DEFECTOS SUPERFICIALES
7-‐DEFECTOS ESTRUCTURALES DE LOS SÓLIDOS
• DEFECTOS EN LOS CRISTALES – Defectos puntuales:
• Impurezas o átomos de sus]tución. • Vacíos o lagunas. • Átomos en posición inters]cial
– Defectos lineales: • Dislocaciones.
– Defectos planares: • Espacios ínter granulares
• BURBUJAS Y POROSIDADES • DEFECTOS SUPERFICIALES
Átomo intersticial Impureza lagunas
DEFECTOS PUNTUALES
DISLOCACIÓN
TENSIÓN DEFORMACIÓN
7-‐DEFECTOS ESTRUCTURALES DE LOS SÓLIDOS
• DEFECTOS EN LOS CRISTALES • BURBUJAS Y POROSIDADES – Atrapamiento de aire durante la mezcla ( yesos ). – Vapores de ebullición ( resinas ). – Propia del material ( cerámica ). – Producto de la reacción de fraguado ( H2 en siliconas ).
• DEFECTOS SUPERFICIALES
7-‐DEFECTOS ESTRUCTURALES DE LOS SÓLIDOS
• DEFECTOS EN LOS CRISTALES • BURBUJAS Y POROSIDADES • DEFECTOS SUPERFICIALES – Rugosidad: • Aumenta la adhesividad. • Disminuye la resistencia:
– Grietas – Fracturas – Fa]ga
LÍQUIDOS
8.-‐ CARÁCTERÍSTICAS DE LOS LÍQUIDOS
• Se encuentran en un estado intermedio entre sólidos y gases – Se parecen a los gases en su fluidez – Se parecen a los sólidos en su densidad y baja compresibilidad
• Cambian de forma porque no existen fuerzas rígidas intermoleculares, pero..
• Man]enen el volumen constante a temperatura constante